针对掺杂乳粉上述特点，引入拉曼高光谱成像技术用于乳粉安全性的检测，该技术有效结合微区分析和大面积扫描的特性，可同时获取包括位置信息和光谱信息的三维数据立方体。目前，一些文献报道了拉曼近红外光谱成像技术在药品和食品的掺假诊断中的应用，然而这些方法往往只能实现特定掺杂物的定向筛查，即针对某种已知掺杂物建立其定性、定量的化学计量学方法，而并未将这些光谱成像技术应用于非定向筛查领域，因此难以全面覆盖食品中的未知掺杂物。急需发展一种通用的非定向筛查方法，用于弥补传统拉曼高光谱成像技术在乳粉质量安全检测中的不足。
本研究中，天津大学精密仪器与光电子工程学院的宗婧、黄志轩和中国民航大学飞机防火及应急研究所的陈达*等人发展了一种基于移动窗口光谱角制图的拉曼高光谱成像方法（MWSAM-RHIM），以实现乳粉安全的非定向筛查。在MWSAM-RHIM中，利用改进的移动窗口光谱角制图算法，借助高光谱位置信息与光谱信息合一的特性，将乳粉中未知掺杂物的识别问题转化为奇异像素点的识别问题，设置合理阈值，构建二值图像，进而可视化、非定向的识别掺杂乳粉。实验中，首先采集正常乳粉高光谱数据，确定了MWSAMRHIM中正常乳粉判定阈值，并进一步使用验证样本验证此方法的准确性和有效性。
确定正常乳粉判定阈值
使用前述方法计算得到的17 个窗口的阈值分别为：0.192、0.152、0.112、0.127、0.164、0.187、0.183、0.130、0.158、0.181、0.190、0.195、0.155、0.137、0.135、0.158、0.172。
基于MWSAM-RHIM的可视化非定向筛查
在计算出阈值之后，将未知样品与正常乳粉进行对比，将超出阈值的像素点设置为1，没有超出的设置为0。在一共17 个窗口中，只要有其中某一窗口有超出阈值的像素点，则认为此为掺杂像素点。使用此方法画出可视化的掺杂二值成像图（空间分辨率0.3 mm），如图2和图3所示。图2表示了此方法可以在0.1%掺杂的条件下，检测出尿素、三聚氰酸、硫脲和滑石粉的掺杂情况，并可视化的标注出掺杂像素点的位置。图3则以滑石粉为例，显示了随着掺杂质量分数的升高，掺杂像素点数量也同时升高，在掺杂15%时，所有像素点都含有掺杂物质信号。
MWSAM-RHIM效果评价
本实验使用含有15 个正常脱脂乳粉（阴性样本）和含有共计75 个掺杂样品（阳性样本）计算此方法的识别率，从而验证此方法的有效性，结果表明，MWSAM-RHIM其阴性和阳性样本识别率（特异性）均达到了93.3%，证明其非定向筛查的准确识别率可满足实际乳粉工业检测需求。另外，5 组掺杂不同质量分数梯度的掺杂物的样品被用来验证此方法的最低可检出质量分数，结果证明，其针对尿素、三聚氰酸、硫脲和滑石粉的最低可检出质量分数为0.1%，完全可以满足乳粉质量安全真实性鉴别的需求；但其对小麦粉的最低可检出质量分数仅达到3%，其原因是纯小麦粉的拉曼光谱，其荧光信号很强，且不具有特征峰。证明此方法对某些不具备特征峰的掺杂物，在其低质量分数下，存在灵敏度不足的问题，应在以后针对此问题继续发展新型的非定向筛查方法。
结 论
本研究提出了一种基于移动窗口光谱角制图的拉曼高光谱成像方法，该方法借助拉曼高光谱成像技术，将乳粉中未知掺杂物的识别问题转化为拉曼高光谱奇异像素点的识别问题；借助移动窗口光谱角制图算法，找出与正常脱脂乳粉相似度差距大于阈值的像素点，有效的弥补了传统的定向筛查方法中无法遍历所有掺杂物的问题。实验结果表明，MWSAM-RHIM能较准确地识别乳粉的阴性样品和阳性样本，以可视化的方式实现乳粉真伪的非定向筛查，并为其他食品体系的非定向筛查提供了一种新思路。
